エアロゾル発生装置および成膜装置
【課題】 所望の粉体濃度で安定したエアロゾルを発生することができるエアロゾル発生装置および成膜装置を提供する。
【解決手段】 発生容器２の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部４と、発生容器２の内部空間に分散媒となる気体を供給する気体供給部５とを備え、微小粉体の供給と分散媒となる気体の供給とをそれぞれ独立して制御することで、所望の粉体濃度を容易に実現する。また、粉体供給口４ｄと、気体供給口５ｂとを、回転翼３よりも鉛直方向下方側とすることで、微小粉体は常に旋回流の軸流方向最上流部から旋回流へと供給されるので、微小粉体の旋回流中での分散状態が変動することを抑制し、容器の内部空間において、発生したエアロゾルの粉体濃度分布を一様なものとすることができる。さらに、粗大粒子除去部７により発生容器２内にある粗大粒子を除去することができる。
【解決手段】 発生容器２の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部４と、発生容器２の内部空間に分散媒となる気体を供給する気体供給部５とを備え、微小粉体の供給と分散媒となる気体の供給とをそれぞれ独立して制御することで、所望の粉体濃度を容易に実現する。また、粉体供給口４ｄと、気体供給口５ｂとを、回転翼３よりも鉛直方向下方側とすることで、微小粉体は常に旋回流の軸流方向最上流部から旋回流へと供給されるので、微小粉体の旋回流中での分散状態が変動することを抑制し、容器の内部空間において、発生したエアロゾルの粉体濃度分布を一様なものとすることができる。さらに、粗大粒子除去部７により発生容器２内にある粗大粒子を除去することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体分散媒中に微小粉体を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小粉体を気体分散媒中に分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置が、エアロゾルディポジション法による脆性材料微粒子の常温成膜技術等に利用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
エアロゾルディポジション法は、粒子径が０．１〜５μｍ程度の脆性材料微粒子を気体分散媒中に均一に分散させたエアロゾルを、基板の表面に吹き付けることにより、緻密な成膜体が得られるという特徴がある。この成膜を制御する重要な因子として、吹き付けるエアロゾルに含まれる脆性材料微粒子の分散・凝集度があげられ、均一な成膜を行うためには、微粒子が気体分散媒中で、より均一に分散され、かつ凝集が少ない状態の微粒子が基板に吹き付けられることが重要となる。
【０００４】
従来、エアロゾル発生装置としては、分散用気体の導入口およびエアロゾル導出口を備えた容器に微小粉体を収容し、この収容容器を振動させるバッチ式のエアロゾル発生装置が提案されている（特許文献２参照）。また、量産性を高めるために非バッチ式の連続供給を可能とした装置としては、粉体収容部と、溝状の回転する粉体輸送手段と、気体の吹き付け、吸引によるエアロゾル化手段とを備えた装置が提案されている（特許文献３参照）。同様に、連続供給が可能なエアロゾル発生装置として、原料セラミックス粉を供給するホッパを有する原料粉導入ノズルと、複数の不活性気体導入ノズルとが設けられ、不活性気体で形成される円盤気流旋回渦によって粒子間衝突させ、エアロゾル化を実現する装置も提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８１８５９号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８６５８号公報
【特許文献３】特許第４３５０００５号公報
【特許文献４】特開２００７−２１７７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２〜４に記載のエアロゾル発生装置は、微粒子の気体分散媒中における分散状態、およびエアロゾル中の微粒子濃度は、気体分散媒の流量に依存するものであり、高濃度のエアロゾルを発生させようとした場合、気体の流量を多くして一度に多量の微粒子を容器内に取り込むことが考えられるが、局所的に微粒子濃度が高い領域で凝集が発生して分散状態が悪化する可能性が高く、気体流量を少なくすると微粒子が分散せず、エアロゾルを発生させることができなくなるという問題がある。
【０００７】
このように、従来のエアロゾル発生装置は、気体の供給により微粒子の供給が大きく影響を受けるために、所望の粉体濃度で安定したエアロゾルを発生することが困難である。
【０００８】
また、使用する微粒子の種類、気体の種類および温度条件などによっては微粒子が凝集しやすく、気体中の微粒子の分散状態が悪化して粗大粒子が発生するおそれがある。粗大粒子が装置の壁面に付着したり、粗大粒子がエアロゾルとともにノズルを通って基板に吹き付けられることになると、均一な成膜が困難となってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、所望の粉体濃度で安定したエアロゾルを発生することができるエアロゾル発生装置および成膜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、分散媒である気体に微小粉体を分散させたエアロゾルを発生させるための内部空間を有する容器と、
前記容器の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部と、
前記容器の内部空間に気体を供給する気体供給部と、
前記容器の内部空間に供給された前記気体の旋回流であって、軸流方向が鉛直方向下方から上方に向かう旋回流を発生させる旋回流発生手段と、
前記エアロゾルを、前記容器から外部へ取り出す取り出し部と、
前記容器の内部空間にある粗大粒子を外部へと除去する粗大粒子除去部とを備えて構成されているエアロゾル発生装置である。
【００１１】
また本発明は、上記のエアロゾル発生装置と、
被成膜部材である基板を保持する保持台と、
前記エアロゾル発生装置の前記取り出し部から取り出されたエアロゾルを、前記基板の表面に吹き付けるノズルと、を備えることを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態であるエアロゾル発生装置は、容器の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部と、容器の内部空間に気体を供給する気体供給部とを備えることで、微小粉体の供給と分散媒となる気体の供給とをそれぞれ独立して制御することが可能となり、所望の粉体濃度を容易に実現することができる。
【００１３】
さらに、粗大粒子除去部が、前記容器の内部空間にある粗大粒子を外部へと除去するので、容器内壁への粗大粒子の固着、およびエアロゾル中に粗大粒子が混入することを防止することができる。
【００１４】
以上より、本実施形態のエアロゾル発生装置は、所望の粉体濃度であって、かつ安定したエアロゾルを発生して供給することができる。
【００１５】
また本発明の実施形態である成膜装置は、上記のエアロゾル発生装置で発生したエアロゾルを、ノズルを介して基板に吹き付けることで、エアロゾルに分散された微小粉体からなる膜構造体を基板表面に成膜することができる。
【００１６】
エアロゾル装置では、所望の粉体濃度であって、かつ安定したエアロゾルを発生させることができ、エアロゾル中への粗大粒子の混入も生じないので、所望の構造を有する膜構造体を安定して基板表面に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態であるエアロゾル発生装置１の構成を示す概略図である。
【図２】発生容器２内の旋回流を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態であるエアロゾル発生装置１１の構成を示す概略図である。
【図４】エアロゾルディポジション法を利用した成膜装置１００の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態であるエアロゾル発生装置１の構成を示す概略図である。図１では、エアロゾル発生装置１の構成をわかり易く示すために、発生容器２の内部を透過させた図としている。
【００１９】
エアロゾル発生装置１は、内部空間でエアロゾルを発生させる発生容器２と、発生容器２の内部空間に設けられる回転翼３と、発生容器２の内部空間に微小粉体を連続的に供給する粉体供給部４と、発生容器２の内部空間に、エアロゾルの分散媒となる気体を供給する気体供給部５と、発生したエアロゾルを発生容器２の内部空間から取り出す取り出し部６と、発生容器２の内部空間から粗大粒子を除去する粗大粒子除去部７とを備える。
【００２０】
発生容器２は、たとえば、円筒形状の側壁２ａを有し、円筒形状の中心軸線方向（鉛直方向ｙ）両端の開口は、それぞれ底板２ｂと蓋体２ｃとで密閉され、側壁２ａ、底板２ｂおよび蓋体２ｃで囲まれた内部空間において回転翼３の回転により、気体供給部５から供給される気体に旋回力を与えて旋回流を発生させる。
【００２１】
回転翼３は、駆動部３ａから延びる回転シャフト３ｂによって回転駆動力が伝達され、発生容器２の内部空間において、回転する旋回流発生手段である。回転翼３は、回転翼３の回転軸が、発生容器２の中心軸線と一致する、すなわち回転シャフト３ｂの回転軸線が発生容器２の中心軸線と一致するように、回転翼３および回転シャフト３ｂが設けられる。回転シャフト３ｂは、発生容器２の底板２ｂの中心に設けられた貫通孔に挿通され、一端部が駆動部３ａに連結されるとともに、他端部が回転翼３に連結される。駆動部３ａはたとえば、電動モータなどで実現され、回転駆動力を回転シャフト３ｂに付与するものであれば使用可能である。
【００２２】
回転翼３は、発生容器２の内部空間において、鉛直下方側、すなわち底板２ｂ側に位置するように設けられる。詳細は後述するが、粉体供給部４によって微小粉体が供給される粉体供給口および気体供給部５によって分散媒となる気体が供給される気体供給口は、いずれも底板２ｂに設けられる。したがって、微小粉体および気体は、底板２ｂ付近から供給されるため、回転翼３は、底板２ｂから所定の間隔を空けて設けられる。回転翼３の下端と粉体供給口および気体供給口との間隔は、たとえば１．５〜５．０ｍｍ以下に設定される。これにより回転翼が各供給口と接触する危険性をなくし、また回転翼３の回転により、回転翼３と底板２ｂとの間には負圧が発生し、供給された微小粉体が吸い上げられて、旋回流となった分散媒気体中に分散させることができる。
【００２３】
図２は、発生容器２内の旋回流を示す模式図である。回転翼３は、図２の模式図に示すように発生容器２の内部空間において、軸流方向が鉛直方向ｙの上方に向かうような旋回流を発生させることができるものであればよく、プロペラ型回転翼、パドル型回転翼など各種の回転翼を用いることができる。
【００２４】
本実施形態では、回転軸の半径方向に延びる２枚の板羽根（パドル）を備えるパドル型回転翼を用いている。回転翼３の回転によって発生する旋回流の回転速度および軸流方向の流速は、パドルの数、パドルの回転速度、パドルの取り付け角度（回転軸線に直交する仮想平面に対するパドルの傾き）を適宜変更することによって制御することができる。
【００２５】
供給された微小粉体を効率よくエアロゾルに用いるには、回転翼３によって発生する旋回流の旋回半径を発生容器２の内半径と同じにするとよい。そして、旋回流の旋回半径は、回転翼３の翼半径とほぼ同じであるので、回転翼３の翼半径が可能な限り発生容器２の内半径に近づくように、回転翼３の翼端と発生容器２の内周面との間隙を小さく、たとえば１〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００２６】
気体供給部５は、図示しない気体貯溜ボンベに接続される気体供給管５ａを含み、気体供給管５ａは、発生容器２の底板２ｂに設けられた貫通孔に挿通される。気体供給管５ａの気体供給口５ｂは、発生容器２の底板２ｂにおいて、発生容器２の内部空間に臨んで開口するように設けられる。
【００２７】
気体供給管５ａおよび気体供給口５ｂの大きさ（管径および開口径）は、供給する気体の流量に応じて適宜設定すればよい。また、気体供給口５ｂの位置は、回転翼３よりも鉛直方向ｙの下方側に設ければよく、本実施形態のように底板２ｂに設けたり、発生容器２の側壁２ａに設けることもできる。
【００２８】
気体供給部５によって発生容器２の内部空間に供給される気体の種類は、発生させるエアロゾルに応じて適宜選択すればよく、エアロゾルディポジション法に用いるエアロゾルを発生させる場合は、吹き付ける基板材料に対して不活性な気体であればよい。不活性気体としてたとえば、アルゴン、窒素、ヘリウム等が使用できる。これにより大気中の水分や異物を除去することができる。
【００２９】
気体供給部５は、たとえばマスフローコントローラを備え、分散媒気体の供給流量を制御する。気体供給管５ａを流れる気体の流量は、流量センサによって検出され、検出結果に基づいて、流路中に設けられた流量制御バルブの開閉制御を行うことで、分散媒気体の供給流量を制御することができる。
【００３０】
気体供給部５は、発生容器２の内部空間に対して、所定の流量で連続的に安定した気体供給を行う。気体の供給は、後述の微小粉体の供給とは独立して制御することが可能となっている。
【００３１】
粉体供給部４は、供給ホッパ４ａ、スクリューフィーダ４ｂおよび駆動部４ｃを備える。粉体供給部４によって微小粉体が発生容器２の内部空間に供給され、回転翼３の回転および気体供給部５による分散媒気体の供給によって発生した旋回流中に微小粉体が分散される。
【００３２】
スクリューフィーダ４ｂは、円筒状のトラフの内部にスクリューが設けられる構造であり、スクリューの回転により、トラフ内の粉体をスクリューの軸線方向に沿って搬送する。トラフの端部における開口が、粉体供給部４の粉体供給口４ｄとなり、トラフ内を搬送された微小粉体が、粉体供給口４ｄから発生容器２の内部空間に連続的に供給される。
【００３３】
本実施形態では、粉体供給口４ｄは、回転翼３よりも鉛直方向ｙの下方側に設ければよく、本実施形態のように底板２ｂに設けたり、発生容器２の側壁２ａに設けることもできる。
【００３４】
粉体供給口４ｄを底板２ｂに設ける場合は、微小粉体の搬送方向は、鉛直方向ｙに沿って、下方から上方に向かう方向である。具体的には、トラフの中心軸が、鉛直方向ｙに平行になるように設けられ、スクリューの回転軸も同様に鉛直方向に平行になるように設けられる。供給ホッパ４ａからは、粉体の自重によって連続的に微小粉体が落下してトラフ内部に供給される。スクリューは、駆動部４ｃに連結され、電動モータなどの回転駆動装置によって回転駆動力が与えられる。
【００３５】
粉体供給口４ｄの開口端には、メッシュ４ｆが設けられている。上記のように、スクリューフィーダ４ｂは、重力に反して鉛直方向ｙの上方に向かって微小粉体を搬送するため、トラフ内では、自重で下方に落下する微小粉体と、上方に搬送される微小粉体とが衝突して微小粉体の凝集物が発生しやすくなる。粉体供給口４ｄにメッシュ４ｆを設けることで、供給される微小粉体は、必ずメッシュ４ｆを通過するため、メッシュ４ｆへの接触により凝集物が解砕される。少なくとも設けたメッシュ４ｆの開口よりも小さな凝集体にまでは解砕される。また、メッシュ４ｆは、搬送される微小粉体の粉体供給口４ｄにおける流動抵抗を大きくし、発生容器２の内部空間へ供給される粉体供給量の変動を抑制することができる。
【００３６】
開口径や材質などメッシュ４ｆの種類は、使用する微小粉体の種類や粒径、粉体供給量、発生させるエアロゾルの粉体濃度などに応じて適宜選択すればよい。
【００３７】
粉体供給部４による発生容器２の内部空間への粉体供給量は、スクリューフィーダ４ｂの動作条件（スクリューの回転速度）を調整することで制御することができる。したがって、微小粉体の供給は、上記の気体の供給とは独立して制御することが可能となっている。
【００３８】
取り出し部６は、発生容器２の蓋体２ｃを貫通する管状部材６ａを含み、発生容器２の内部空間と、エアロゾルディポジション法で用いる吹き付けノズルとを連通させる。取り出し部６からノズルに至る経路途中に、たとえば吸引ポンプが設けられ、発生容器２で発生したエアロゾルは、取り出し部６の管状部材６ａを介して吸引され、ノズルへと送られる。
【００３９】
管状部材６ａの発生容器２の内部空間に臨む開口６ｂは、内部空間における位置が、ノズルから噴射して基板へと吹き付けるエアロゾルの粉体濃度、分散性に影響を与えるため、所望のエアロゾルを取り出しやすくするためには、開口６ｂの位置を適宜変更可能に構成することが好ましい。
【００４０】
開口位置を変更可能とする構成として、たとえば蓋体２ｃに管状部材６ａとほぼ同径の貫通孔を複数設ける。貫通孔の位置は、蓋体２ｃの中心から半径方向の距離を変えて設ける。複数の貫通孔には、それぞれ孔を閉塞するためのキャップが設けられ、いずれか１つの貫通孔に管状部材６ａを挿通する場合、残余の貫通孔はキャップによって閉塞しておく。管状部材６ａを挿通する貫通孔を変更することで、管状部材６ａの開口６ｂの内部空間における位置を変更することができる。
【００４１】
開口位置を変更可能とする他の構成として、管状部材６ａをフレキシブル材料で構成するとともに、蛇腹状に形成するか、または金属線材を管側面に設けるなどして変形状態を保持可能なように構成する。管状部材６ａを変形させることで、開口６ｂの内部空間における位置を変更することができる。また、開口６ｂの鉛直方向ｙの位置を変更することにより、エアロゾルの粉体濃度等を変更することができる。
【００４２】
粗大粒子除去部７は、発生容器２の蓋体２ｃを貫通する管状部材７ａを含んでいる。粗大粒子除去部７の先には、たとえば吸引ポンプが設けられ、発生容器２内にある粗大粒子を発生容器２の外部へと除去する。
【００４３】
管状部材７ａの発生容器２の内部空間に臨む開口７ｂは、粗大粒子を効率よく除去するため、その位置が、発生容器２の内部空間で鉛直方向ｙに変位するように構成される。
【００４４】
粒径が比較的大きな粗大粒子は、発生容器２の内部空間のうち、より回転翼３に近い鉛直方向ｙの下方側に滞留し、粒径が比較的小さな粗大粒子は、発生容器２の内部空間のうち、鉛直方向ｙの中央から下方寄りに滞留する。
【００４５】
上記のように、開口７ｂの位置が鉛直方向ｙに変位するように構成することで、比較的大きな粒径の粗大粒子を除去したい場合は、開口７ｂを回転翼３に近い下方側に配置し、比較的小さな粒径の粗大粒子を除去したい場合は、開口７ｂを鉛直方向ｙの中央から下方寄りに配置することにより、所望の粒径の粗大粒子を除去することができる。
【００４６】
開口位置を変位可能とする構成として、たとえば管状部材７ａを伸縮可能な部材で構成する。管状部材７ａを伸縮させて、開口７ｂの位置を鉛直方向ｙに変位させることができる。さらに、管状部材７ａをフレキシブル材料で構成するとともに、蛇腹状に形成するか、または金属線材を管側面に設けるなどして変形状態を保持可能なように構成することで、発生容器２の半径方向への変位も可能とすることができる。このとき、開口部７ｂを旋回流と対向するように変位させ、エアロゾルが開口７ｂに吸い込まれるようにすることにより、遠心力により粗大粒子の回収が可能となり、粗大粒子除去部７の先に設けた真空ポンプを省略することも可能となる。
【００４７】
エアロゾル発生装置１の動作について説明する。
気体供給部５を動作させることによって、エアロゾルの分散媒となる気体を発生容器２の内部空間に供給するとともに、駆動部３ａを動作させて回転翼３を回転させる。
【００４８】
発生容器２の内部空間に供給された気体は、回転翼３の回転によって、鉛直方向下方から上方に向かう旋回流となる。
【００４９】
気体供給部５による気体供給量および回転翼３の回転速度を一定に保持することで、発生容器２の内部空間に発生する旋回流の回転速度および流速を一定に保持することができる。気体供給量および回転翼３の回転速度は、独立して制御可能であるので、発生容器２の内部空間に所望の旋回流を容易に発生させることができる。
【００５０】
発生する旋回流が安定すると、スクリューフィーダ４ｂを動作させて粉体供給部４による発生容器２の内部空間に対する粉体の供給を開始する。
【００５１】
供給された微小粉体は、旋回流の中で加速され、粒子同士または壁面への衝突などの複合作用によって、解砕・分散が進み、最適なエアロゾルを発生させることができる。
【００５２】
スクリューフィーダ４ｂのスクリューの回転速度、すなわち微小粉体の搬送速度を一定に保持することで、粉体の供給量を一定に保持することができる。粉体の供給量は、気体供給量および回転翼３の回転速度に対して、独立して制御可能であるので、発生容器２の内部空間に所望の濃度のエアロゾルを発生させることが可能となる。
【００５３】
たとえば、旋回流を一定の条件で発生させ、粉体の供給量のみを変更すれば、取り出されるエアロゾルの流速は同じで、粉体濃度を自由に変更することができる。したがって、流速が小さくて粉体濃度が高濃度のエアロゾルや、流速が大きくて粉体濃度が低濃度のエアロゾルを容易に発生させることができる。
【００５４】
分散媒気体の旋回流は、回転翼３より上方で発生し、回転翼３より下方の気体は回転翼３によって吸い上げられ、連続的に旋回流が発生する。微小粉体は、少なくとも回転翼３よりも下方で発生容器２に供給されるので、回転翼３の下方の気体とともに吸い上げられて旋回流中に投入されることになる。
【００５５】
したがって、微小粉体は常に旋回流の軸流方向最上流部から旋回流へと供給されるので、微小粉体の旋回流中での分散状態が変動することを抑制し、発生容器２の内部空間において、発生したエアロゾルの粉体濃度分布を一様なものとすることができる。
【００５６】
図３は、第２の実施形態であるエアロゾル発生装置１１の構成を示す概略図である。第１実施形態と異なる点は、粉体供給部１２の構成である。なお、本実施形態の構成において、第１実施形態と同じ構成については、同じ参照符号を付して説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の粉体供給部１２は、供給ホッパを備えず、スクリューフィーダ１２ｂの鉛直方向ｙの下方に微小粉体の貯留部１２ａを設けている。スクリューフィーダ１２ｂのスクリューが、貯留部１２ａ内部まで延びて貯留部１２ａの微小粉体を搬送する。
【００５８】
粉体供給部１２は、第１実施形態と同様に、粉体供給口１２ｄを底板２ｂに設けており、微小粉体の搬送方向は、鉛直方向に沿って、下方から上方に向かう方向である。
【００５９】
したがって、円筒状のトラフの中心軸が、鉛直方向に平行になるように設けられ、スクリューの回転軸も同様に鉛直方向に平行になるように設けられる。貯留部１２ａの微小粉体は、鉛直下方から上方に向かって連続的に搬送される。粉体供給口１２ｄの開口端には、メッシュ１２ｆが設けられ、供給される微小粉体をメッシュ１２ｆに通過させて、凝集物を解砕する。
【００６０】
第２実施形態の粉体供給部１２は、貯留部１２ａをスクリューフィーダ１２ｂの鉛直下方に設けているので、エアロゾル発生装置の設置面積をより小さくすることができる。
【００６１】
第１実施形態および第２実施形態のいずれも、回転翼３の回転シャフト３ｂ、気体供給管５ａ、スクリューフィーダ４ｂ、１２ｂが底板２ｂを貫通するように設けられている。側壁２ａには、他の部材が接続されていないので、底板２ｂと円筒状の側壁２ａとを容易に分離可能に構成することができ、装置内部の洗浄や修理、メンテナンスの作業性が向上する。
【００６２】
また、気体供給管５ａ、スクリューフィーダ４ｂ、１２ｂが底板２ｂではなく、側壁２ａを貫通するように接続する構成も可能であるが、これらの接続位置、すなわち気体供給口５ｂと粉体供給口４ｄとは回転翼３よりも下方に設けられるので、たとえば、回転翼３の設置位置を境に、側壁２ａを上下に分割可能に構成すれば、装置内部の洗浄や修理、メンテナンスの作業性が向上する。
【００６３】
第１実施形態および第２実施形態のエアロゾル発生装置１，１１は、いずれもエアロゾルディポジション法を利用した成膜装置において、エアロゾル供給源として用いることができる。
【００６４】
図４は、エアロゾルディポジション法を利用した成膜装置１００の構成を示す概略図である。図４では、第１実施形態のエアロゾル発生装置１を用いた例を示しているが、第２実施形態のエアロゾル発生装置１１も同様に用いることができる。
【００６５】
成膜装置１００は、エアロゾル供給源であるエアロゾル発生装置１と、チャンバー２０と、吹き付けノズル２１と、ステージ２２と、真空ポンプ２３と、気体貯溜ボンベ２４と、吸引ポンプ２５とを備える。
【００６６】
エアロゾル発生装置１には、吹き付けノズル２１と、気体貯溜ボンベ２４とが接続される。吹き付けノズル２１は、エアロゾル発生装置１の取り出し部６に接続され、発生したエアロゾルが取り出し部６によって吸引され、吹き付けノズル２１の先端から被成膜部材である基板の表面に吹き付けられる。気体貯溜ボンベ２４は、気体供給部５の気体供給管５ａに接続され、気体貯溜ボンベ２４に貯留された不活性気体が、エアロゾルの分散媒気体として気体供給管５ａを介して発生容器２へと供給される。
【００６７】
粗大粒子除去部７の管状部材７ａは、開口７ｂとは反対側が吸引ポンプ２５に接続され発生容器２内の粗大粒子を開口７ｂ近傍の気体とともに吸引除去する。なお、管状部材７ａと吸引ポンプ２５との間にはフィルタを介在させることが好ましく、発生容器２内から除去された粗大粒子をフィルタによって捕集する。
【００６８】
エアロゾルディポジション法は、常温での成膜が可能であるので、被成膜部材である基板として、金属基板、樹脂基板、セラミック基板など各種の材質を選択することができる。基板は、保持台であるステージ２２に真空チャックなどによって固定され、ステージ２２をｘｙｚ方向に移動させることで、基板表面の所望の位置にエアロゾルを吹き付けることができる。エアロゾルの吹き付けノズル２１および基板は、チャンバー２０内に収容されており、真空ポンプによってチャンバー２０内を真空状態とし、エアロゾルの基板への吹き付けを行う。
【００６９】
エアロゾルに分散される微小粉体は、成膜しようとする膜構造体の種類によって適宜変更すればよく、絶縁膜を成膜する場合は、たとえば、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素および窒化アルミニウムなどのセラミック微粒子を使用し、圧電膜を成膜する場合は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）などのセラミック微粒子を使用することができる。
【００７０】
本実施形態のエアロゾル装置では、所望の粉体濃度であって、かつ安定したエアロゾルを発生させることができるので、所望の構造を有する膜構造体を安定して基板表面に成膜することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１１ エアロゾル発生装置
２ 発生容器
３ 回転翼
４，１２ 粉体供給部
５ 気体供給部
６ 取り出し部
７ 粗大粒子除去部
２０ チャンバー
２１ 吹き付けノズル
２２ ステージ
２３ 真空ポンプ
２４ 気体貯溜ボンベ
２５ 吸引ポンプ
１００ 成膜装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体分散媒中に微小粉体を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小粉体を気体分散媒中に分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置が、エアロゾルディポジション法による脆性材料微粒子の常温成膜技術等に利用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
エアロゾルディポジション法は、粒子径が０．１〜５μｍ程度の脆性材料微粒子を気体分散媒中に均一に分散させたエアロゾルを、基板の表面に吹き付けることにより、緻密な成膜体が得られるという特徴がある。この成膜を制御する重要な因子として、吹き付けるエアロゾルに含まれる脆性材料微粒子の分散・凝集度があげられ、均一な成膜を行うためには、微粒子が気体分散媒中で、より均一に分散され、かつ凝集が少ない状態の微粒子が基板に吹き付けられることが重要となる。
【０００４】
従来、エアロゾル発生装置としては、分散用気体の導入口およびエアロゾル導出口を備えた容器に微小粉体を収容し、この収容容器を振動させるバッチ式のエアロゾル発生装置が提案されている（特許文献２参照）。また、量産性を高めるために非バッチ式の連続供給を可能とした装置としては、粉体収容部と、溝状の回転する粉体輸送手段と、気体の吹き付け、吸引によるエアロゾル化手段とを備えた装置が提案されている（特許文献３参照）。同様に、連続供給が可能なエアロゾル発生装置として、原料セラミックス粉を供給するホッパを有する原料粉導入ノズルと、複数の不活性気体導入ノズルとが設けられ、不活性気体で形成される円盤気流旋回渦によって粒子間衝突させ、エアロゾル化を実現する装置も提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８１８５９号公報
【特許文献２】特開２００１−３４８６５８号公報
【特許文献３】特許第４３５０００５号公報
【特許文献４】特開２００７−２１７７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２〜４に記載のエアロゾル発生装置は、微粒子の気体分散媒中における分散状態、およびエアロゾル中の微粒子濃度は、気体分散媒の流量に依存するものであり、高濃度のエアロゾルを発生させようとした場合、気体の流量を多くして一度に多量の微粒子を容器内に取り込むことが考えられるが、局所的に微粒子濃度が高い領域で凝集が発生して分散状態が悪化する可能性が高く、気体流量を少なくすると微粒子が分散せず、エアロゾルを発生させることができなくなるという問題がある。
【０００７】
このように、従来のエアロゾル発生装置は、気体の供給により微粒子の供給が大きく影響を受けるために、所望の粉体濃度で安定したエアロゾルを発生することが困難である。
【０００８】
また、使用する微粒子の種類、気体の種類および温度条件などによっては微粒子が凝集しやすく、気体中の微粒子の分散状態が悪化して粗大粒子が発生するおそれがある。粗大粒子が装置の壁面に付着したり、粗大粒子がエアロゾルとともにノズルを通って基板に吹き付けられることになると、均一な成膜が困難となってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、所望の粉体濃度で安定したエアロゾルを発生することができるエアロゾル発生装置および成膜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、分散媒である気体に微小粉体を分散させたエアロゾルを発生させるための内部空間を有する容器と、
前記容器の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部と、
前記容器の内部空間に気体を供給する気体供給部と、
前記容器の内部空間に供給された前記気体の旋回流であって、軸流方向が鉛直方向下方から上方に向かう旋回流を発生させる旋回流発生手段と、
前記エアロゾルを、前記容器から外部へ取り出す取り出し部と、
前記容器の内部空間にある粗大粒子を外部へと除去する粗大粒子除去部とを備えて構成されているエアロゾル発生装置である。
【００１１】
また本発明は、上記のエアロゾル発生装置と、
被成膜部材である基板を保持する保持台と、
前記エアロゾル発生装置の前記取り出し部から取り出されたエアロゾルを、前記基板の表面に吹き付けるノズルと、を備えることを特徴とする成膜装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態であるエアロゾル発生装置は、容器の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部と、容器の内部空間に気体を供給する気体供給部とを備えることで、微小粉体の供給と分散媒となる気体の供給とをそれぞれ独立して制御することが可能となり、所望の粉体濃度を容易に実現することができる。
【００１３】
さらに、粗大粒子除去部が、前記容器の内部空間にある粗大粒子を外部へと除去するので、容器内壁への粗大粒子の固着、およびエアロゾル中に粗大粒子が混入することを防止することができる。
【００１４】
以上より、本実施形態のエアロゾル発生装置は、所望の粉体濃度であって、かつ安定したエアロゾルを発生して供給することができる。
【００１５】
また本発明の実施形態である成膜装置は、上記のエアロゾル発生装置で発生したエアロゾルを、ノズルを介して基板に吹き付けることで、エアロゾルに分散された微小粉体からなる膜構造体を基板表面に成膜することができる。
【００１６】
エアロゾル装置では、所望の粉体濃度であって、かつ安定したエアロゾルを発生させることができ、エアロゾル中への粗大粒子の混入も生じないので、所望の構造を有する膜構造体を安定して基板表面に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態であるエアロゾル発生装置１の構成を示す概略図である。
【図２】発生容器２内の旋回流を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態であるエアロゾル発生装置１１の構成を示す概略図である。
【図４】エアロゾルディポジション法を利用した成膜装置１００の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態であるエアロゾル発生装置１の構成を示す概略図である。図１では、エアロゾル発生装置１の構成をわかり易く示すために、発生容器２の内部を透過させた図としている。
【００１９】
エアロゾル発生装置１は、内部空間でエアロゾルを発生させる発生容器２と、発生容器２の内部空間に設けられる回転翼３と、発生容器２の内部空間に微小粉体を連続的に供給する粉体供給部４と、発生容器２の内部空間に、エアロゾルの分散媒となる気体を供給する気体供給部５と、発生したエアロゾルを発生容器２の内部空間から取り出す取り出し部６と、発生容器２の内部空間から粗大粒子を除去する粗大粒子除去部７とを備える。
【００２０】
発生容器２は、たとえば、円筒形状の側壁２ａを有し、円筒形状の中心軸線方向（鉛直方向ｙ）両端の開口は、それぞれ底板２ｂと蓋体２ｃとで密閉され、側壁２ａ、底板２ｂおよび蓋体２ｃで囲まれた内部空間において回転翼３の回転により、気体供給部５から供給される気体に旋回力を与えて旋回流を発生させる。
【００２１】
回転翼３は、駆動部３ａから延びる回転シャフト３ｂによって回転駆動力が伝達され、発生容器２の内部空間において、回転する旋回流発生手段である。回転翼３は、回転翼３の回転軸が、発生容器２の中心軸線と一致する、すなわち回転シャフト３ｂの回転軸線が発生容器２の中心軸線と一致するように、回転翼３および回転シャフト３ｂが設けられる。回転シャフト３ｂは、発生容器２の底板２ｂの中心に設けられた貫通孔に挿通され、一端部が駆動部３ａに連結されるとともに、他端部が回転翼３に連結される。駆動部３ａはたとえば、電動モータなどで実現され、回転駆動力を回転シャフト３ｂに付与するものであれば使用可能である。
【００２２】
回転翼３は、発生容器２の内部空間において、鉛直下方側、すなわち底板２ｂ側に位置するように設けられる。詳細は後述するが、粉体供給部４によって微小粉体が供給される粉体供給口および気体供給部５によって分散媒となる気体が供給される気体供給口は、いずれも底板２ｂに設けられる。したがって、微小粉体および気体は、底板２ｂ付近から供給されるため、回転翼３は、底板２ｂから所定の間隔を空けて設けられる。回転翼３の下端と粉体供給口および気体供給口との間隔は、たとえば１．５〜５．０ｍｍ以下に設定される。これにより回転翼が各供給口と接触する危険性をなくし、また回転翼３の回転により、回転翼３と底板２ｂとの間には負圧が発生し、供給された微小粉体が吸い上げられて、旋回流となった分散媒気体中に分散させることができる。
【００２３】
図２は、発生容器２内の旋回流を示す模式図である。回転翼３は、図２の模式図に示すように発生容器２の内部空間において、軸流方向が鉛直方向ｙの上方に向かうような旋回流を発生させることができるものであればよく、プロペラ型回転翼、パドル型回転翼など各種の回転翼を用いることができる。
【００２４】
本実施形態では、回転軸の半径方向に延びる２枚の板羽根（パドル）を備えるパドル型回転翼を用いている。回転翼３の回転によって発生する旋回流の回転速度および軸流方向の流速は、パドルの数、パドルの回転速度、パドルの取り付け角度（回転軸線に直交する仮想平面に対するパドルの傾き）を適宜変更することによって制御することができる。
【００２５】
供給された微小粉体を効率よくエアロゾルに用いるには、回転翼３によって発生する旋回流の旋回半径を発生容器２の内半径と同じにするとよい。そして、旋回流の旋回半径は、回転翼３の翼半径とほぼ同じであるので、回転翼３の翼半径が可能な限り発生容器２の内半径に近づくように、回転翼３の翼端と発生容器２の内周面との間隙を小さく、たとえば１〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００２６】
気体供給部５は、図示しない気体貯溜ボンベに接続される気体供給管５ａを含み、気体供給管５ａは、発生容器２の底板２ｂに設けられた貫通孔に挿通される。気体供給管５ａの気体供給口５ｂは、発生容器２の底板２ｂにおいて、発生容器２の内部空間に臨んで開口するように設けられる。
【００２７】
気体供給管５ａおよび気体供給口５ｂの大きさ（管径および開口径）は、供給する気体の流量に応じて適宜設定すればよい。また、気体供給口５ｂの位置は、回転翼３よりも鉛直方向ｙの下方側に設ければよく、本実施形態のように底板２ｂに設けたり、発生容器２の側壁２ａに設けることもできる。
【００２８】
気体供給部５によって発生容器２の内部空間に供給される気体の種類は、発生させるエアロゾルに応じて適宜選択すればよく、エアロゾルディポジション法に用いるエアロゾルを発生させる場合は、吹き付ける基板材料に対して不活性な気体であればよい。不活性気体としてたとえば、アルゴン、窒素、ヘリウム等が使用できる。これにより大気中の水分や異物を除去することができる。
【００２９】
気体供給部５は、たとえばマスフローコントローラを備え、分散媒気体の供給流量を制御する。気体供給管５ａを流れる気体の流量は、流量センサによって検出され、検出結果に基づいて、流路中に設けられた流量制御バルブの開閉制御を行うことで、分散媒気体の供給流量を制御することができる。
【００３０】
気体供給部５は、発生容器２の内部空間に対して、所定の流量で連続的に安定した気体供給を行う。気体の供給は、後述の微小粉体の供給とは独立して制御することが可能となっている。
【００３１】
粉体供給部４は、供給ホッパ４ａ、スクリューフィーダ４ｂおよび駆動部４ｃを備える。粉体供給部４によって微小粉体が発生容器２の内部空間に供給され、回転翼３の回転および気体供給部５による分散媒気体の供給によって発生した旋回流中に微小粉体が分散される。
【００３２】
スクリューフィーダ４ｂは、円筒状のトラフの内部にスクリューが設けられる構造であり、スクリューの回転により、トラフ内の粉体をスクリューの軸線方向に沿って搬送する。トラフの端部における開口が、粉体供給部４の粉体供給口４ｄとなり、トラフ内を搬送された微小粉体が、粉体供給口４ｄから発生容器２の内部空間に連続的に供給される。
【００３３】
本実施形態では、粉体供給口４ｄは、回転翼３よりも鉛直方向ｙの下方側に設ければよく、本実施形態のように底板２ｂに設けたり、発生容器２の側壁２ａに設けることもできる。
【００３４】
粉体供給口４ｄを底板２ｂに設ける場合は、微小粉体の搬送方向は、鉛直方向ｙに沿って、下方から上方に向かう方向である。具体的には、トラフの中心軸が、鉛直方向ｙに平行になるように設けられ、スクリューの回転軸も同様に鉛直方向に平行になるように設けられる。供給ホッパ４ａからは、粉体の自重によって連続的に微小粉体が落下してトラフ内部に供給される。スクリューは、駆動部４ｃに連結され、電動モータなどの回転駆動装置によって回転駆動力が与えられる。
【００３５】
粉体供給口４ｄの開口端には、メッシュ４ｆが設けられている。上記のように、スクリューフィーダ４ｂは、重力に反して鉛直方向ｙの上方に向かって微小粉体を搬送するため、トラフ内では、自重で下方に落下する微小粉体と、上方に搬送される微小粉体とが衝突して微小粉体の凝集物が発生しやすくなる。粉体供給口４ｄにメッシュ４ｆを設けることで、供給される微小粉体は、必ずメッシュ４ｆを通過するため、メッシュ４ｆへの接触により凝集物が解砕される。少なくとも設けたメッシュ４ｆの開口よりも小さな凝集体にまでは解砕される。また、メッシュ４ｆは、搬送される微小粉体の粉体供給口４ｄにおける流動抵抗を大きくし、発生容器２の内部空間へ供給される粉体供給量の変動を抑制することができる。
【００３６】
開口径や材質などメッシュ４ｆの種類は、使用する微小粉体の種類や粒径、粉体供給量、発生させるエアロゾルの粉体濃度などに応じて適宜選択すればよい。
【００３７】
粉体供給部４による発生容器２の内部空間への粉体供給量は、スクリューフィーダ４ｂの動作条件（スクリューの回転速度）を調整することで制御することができる。したがって、微小粉体の供給は、上記の気体の供給とは独立して制御することが可能となっている。
【００３８】
取り出し部６は、発生容器２の蓋体２ｃを貫通する管状部材６ａを含み、発生容器２の内部空間と、エアロゾルディポジション法で用いる吹き付けノズルとを連通させる。取り出し部６からノズルに至る経路途中に、たとえば吸引ポンプが設けられ、発生容器２で発生したエアロゾルは、取り出し部６の管状部材６ａを介して吸引され、ノズルへと送られる。
【００３９】
管状部材６ａの発生容器２の内部空間に臨む開口６ｂは、内部空間における位置が、ノズルから噴射して基板へと吹き付けるエアロゾルの粉体濃度、分散性に影響を与えるため、所望のエアロゾルを取り出しやすくするためには、開口６ｂの位置を適宜変更可能に構成することが好ましい。
【００４０】
開口位置を変更可能とする構成として、たとえば蓋体２ｃに管状部材６ａとほぼ同径の貫通孔を複数設ける。貫通孔の位置は、蓋体２ｃの中心から半径方向の距離を変えて設ける。複数の貫通孔には、それぞれ孔を閉塞するためのキャップが設けられ、いずれか１つの貫通孔に管状部材６ａを挿通する場合、残余の貫通孔はキャップによって閉塞しておく。管状部材６ａを挿通する貫通孔を変更することで、管状部材６ａの開口６ｂの内部空間における位置を変更することができる。
【００４１】
開口位置を変更可能とする他の構成として、管状部材６ａをフレキシブル材料で構成するとともに、蛇腹状に形成するか、または金属線材を管側面に設けるなどして変形状態を保持可能なように構成する。管状部材６ａを変形させることで、開口６ｂの内部空間における位置を変更することができる。また、開口６ｂの鉛直方向ｙの位置を変更することにより、エアロゾルの粉体濃度等を変更することができる。
【００４２】
粗大粒子除去部７は、発生容器２の蓋体２ｃを貫通する管状部材７ａを含んでいる。粗大粒子除去部７の先には、たとえば吸引ポンプが設けられ、発生容器２内にある粗大粒子を発生容器２の外部へと除去する。
【００４３】
管状部材７ａの発生容器２の内部空間に臨む開口７ｂは、粗大粒子を効率よく除去するため、その位置が、発生容器２の内部空間で鉛直方向ｙに変位するように構成される。
【００４４】
粒径が比較的大きな粗大粒子は、発生容器２の内部空間のうち、より回転翼３に近い鉛直方向ｙの下方側に滞留し、粒径が比較的小さな粗大粒子は、発生容器２の内部空間のうち、鉛直方向ｙの中央から下方寄りに滞留する。
【００４５】
上記のように、開口７ｂの位置が鉛直方向ｙに変位するように構成することで、比較的大きな粒径の粗大粒子を除去したい場合は、開口７ｂを回転翼３に近い下方側に配置し、比較的小さな粒径の粗大粒子を除去したい場合は、開口７ｂを鉛直方向ｙの中央から下方寄りに配置することにより、所望の粒径の粗大粒子を除去することができる。
【００４６】
開口位置を変位可能とする構成として、たとえば管状部材７ａを伸縮可能な部材で構成する。管状部材７ａを伸縮させて、開口７ｂの位置を鉛直方向ｙに変位させることができる。さらに、管状部材７ａをフレキシブル材料で構成するとともに、蛇腹状に形成するか、または金属線材を管側面に設けるなどして変形状態を保持可能なように構成することで、発生容器２の半径方向への変位も可能とすることができる。このとき、開口部７ｂを旋回流と対向するように変位させ、エアロゾルが開口７ｂに吸い込まれるようにすることにより、遠心力により粗大粒子の回収が可能となり、粗大粒子除去部７の先に設けた真空ポンプを省略することも可能となる。
【００４７】
エアロゾル発生装置１の動作について説明する。
気体供給部５を動作させることによって、エアロゾルの分散媒となる気体を発生容器２の内部空間に供給するとともに、駆動部３ａを動作させて回転翼３を回転させる。
【００４８】
発生容器２の内部空間に供給された気体は、回転翼３の回転によって、鉛直方向下方から上方に向かう旋回流となる。
【００４９】
気体供給部５による気体供給量および回転翼３の回転速度を一定に保持することで、発生容器２の内部空間に発生する旋回流の回転速度および流速を一定に保持することができる。気体供給量および回転翼３の回転速度は、独立して制御可能であるので、発生容器２の内部空間に所望の旋回流を容易に発生させることができる。
【００５０】
発生する旋回流が安定すると、スクリューフィーダ４ｂを動作させて粉体供給部４による発生容器２の内部空間に対する粉体の供給を開始する。
【００５１】
供給された微小粉体は、旋回流の中で加速され、粒子同士または壁面への衝突などの複合作用によって、解砕・分散が進み、最適なエアロゾルを発生させることができる。
【００５２】
スクリューフィーダ４ｂのスクリューの回転速度、すなわち微小粉体の搬送速度を一定に保持することで、粉体の供給量を一定に保持することができる。粉体の供給量は、気体供給量および回転翼３の回転速度に対して、独立して制御可能であるので、発生容器２の内部空間に所望の濃度のエアロゾルを発生させることが可能となる。
【００５３】
たとえば、旋回流を一定の条件で発生させ、粉体の供給量のみを変更すれば、取り出されるエアロゾルの流速は同じで、粉体濃度を自由に変更することができる。したがって、流速が小さくて粉体濃度が高濃度のエアロゾルや、流速が大きくて粉体濃度が低濃度のエアロゾルを容易に発生させることができる。
【００５４】
分散媒気体の旋回流は、回転翼３より上方で発生し、回転翼３より下方の気体は回転翼３によって吸い上げられ、連続的に旋回流が発生する。微小粉体は、少なくとも回転翼３よりも下方で発生容器２に供給されるので、回転翼３の下方の気体とともに吸い上げられて旋回流中に投入されることになる。
【００５５】
したがって、微小粉体は常に旋回流の軸流方向最上流部から旋回流へと供給されるので、微小粉体の旋回流中での分散状態が変動することを抑制し、発生容器２の内部空間において、発生したエアロゾルの粉体濃度分布を一様なものとすることができる。
【００５６】
図３は、第２の実施形態であるエアロゾル発生装置１１の構成を示す概略図である。第１実施形態と異なる点は、粉体供給部１２の構成である。なお、本実施形態の構成において、第１実施形態と同じ構成については、同じ参照符号を付して説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の粉体供給部１２は、供給ホッパを備えず、スクリューフィーダ１２ｂの鉛直方向ｙの下方に微小粉体の貯留部１２ａを設けている。スクリューフィーダ１２ｂのスクリューが、貯留部１２ａ内部まで延びて貯留部１２ａの微小粉体を搬送する。
【００５８】
粉体供給部１２は、第１実施形態と同様に、粉体供給口１２ｄを底板２ｂに設けており、微小粉体の搬送方向は、鉛直方向に沿って、下方から上方に向かう方向である。
【００５９】
したがって、円筒状のトラフの中心軸が、鉛直方向に平行になるように設けられ、スクリューの回転軸も同様に鉛直方向に平行になるように設けられる。貯留部１２ａの微小粉体は、鉛直下方から上方に向かって連続的に搬送される。粉体供給口１２ｄの開口端には、メッシュ１２ｆが設けられ、供給される微小粉体をメッシュ１２ｆに通過させて、凝集物を解砕する。
【００６０】
第２実施形態の粉体供給部１２は、貯留部１２ａをスクリューフィーダ１２ｂの鉛直下方に設けているので、エアロゾル発生装置の設置面積をより小さくすることができる。
【００６１】
第１実施形態および第２実施形態のいずれも、回転翼３の回転シャフト３ｂ、気体供給管５ａ、スクリューフィーダ４ｂ、１２ｂが底板２ｂを貫通するように設けられている。側壁２ａには、他の部材が接続されていないので、底板２ｂと円筒状の側壁２ａとを容易に分離可能に構成することができ、装置内部の洗浄や修理、メンテナンスの作業性が向上する。
【００６２】
また、気体供給管５ａ、スクリューフィーダ４ｂ、１２ｂが底板２ｂではなく、側壁２ａを貫通するように接続する構成も可能であるが、これらの接続位置、すなわち気体供給口５ｂと粉体供給口４ｄとは回転翼３よりも下方に設けられるので、たとえば、回転翼３の設置位置を境に、側壁２ａを上下に分割可能に構成すれば、装置内部の洗浄や修理、メンテナンスの作業性が向上する。
【００６３】
第１実施形態および第２実施形態のエアロゾル発生装置１，１１は、いずれもエアロゾルディポジション法を利用した成膜装置において、エアロゾル供給源として用いることができる。
【００６４】
図４は、エアロゾルディポジション法を利用した成膜装置１００の構成を示す概略図である。図４では、第１実施形態のエアロゾル発生装置１を用いた例を示しているが、第２実施形態のエアロゾル発生装置１１も同様に用いることができる。
【００６５】
成膜装置１００は、エアロゾル供給源であるエアロゾル発生装置１と、チャンバー２０と、吹き付けノズル２１と、ステージ２２と、真空ポンプ２３と、気体貯溜ボンベ２４と、吸引ポンプ２５とを備える。
【００６６】
エアロゾル発生装置１には、吹き付けノズル２１と、気体貯溜ボンベ２４とが接続される。吹き付けノズル２１は、エアロゾル発生装置１の取り出し部６に接続され、発生したエアロゾルが取り出し部６によって吸引され、吹き付けノズル２１の先端から被成膜部材である基板の表面に吹き付けられる。気体貯溜ボンベ２４は、気体供給部５の気体供給管５ａに接続され、気体貯溜ボンベ２４に貯留された不活性気体が、エアロゾルの分散媒気体として気体供給管５ａを介して発生容器２へと供給される。
【００６７】
粗大粒子除去部７の管状部材７ａは、開口７ｂとは反対側が吸引ポンプ２５に接続され発生容器２内の粗大粒子を開口７ｂ近傍の気体とともに吸引除去する。なお、管状部材７ａと吸引ポンプ２５との間にはフィルタを介在させることが好ましく、発生容器２内から除去された粗大粒子をフィルタによって捕集する。
【００６８】
エアロゾルディポジション法は、常温での成膜が可能であるので、被成膜部材である基板として、金属基板、樹脂基板、セラミック基板など各種の材質を選択することができる。基板は、保持台であるステージ２２に真空チャックなどによって固定され、ステージ２２をｘｙｚ方向に移動させることで、基板表面の所望の位置にエアロゾルを吹き付けることができる。エアロゾルの吹き付けノズル２１および基板は、チャンバー２０内に収容されており、真空ポンプによってチャンバー２０内を真空状態とし、エアロゾルの基板への吹き付けを行う。
【００６９】
エアロゾルに分散される微小粉体は、成膜しようとする膜構造体の種類によって適宜変更すればよく、絶縁膜を成膜する場合は、たとえば、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素および窒化アルミニウムなどのセラミック微粒子を使用し、圧電膜を成膜する場合は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）などのセラミック微粒子を使用することができる。
【００７０】
本実施形態のエアロゾル装置では、所望の粉体濃度であって、かつ安定したエアロゾルを発生させることができるので、所望の構造を有する膜構造体を安定して基板表面に成膜することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１１ エアロゾル発生装置
２ 発生容器
３ 回転翼
４，１２ 粉体供給部
５ 気体供給部
６ 取り出し部
７ 粗大粒子除去部
２０ チャンバー
２１ 吹き付けノズル
２２ ステージ
２３ 真空ポンプ
２４ 気体貯溜ボンベ
２５ 吸引ポンプ
１００ 成膜装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散媒である気体に微小粉体を分散させたエアロゾルを発生させるための内部空間を有する容器と、
前記容器の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部と、
前記容器の内部空間に気体を供給する気体供給部と、
前記容器の内部空間に供給された前記気体の旋回流であって、軸流方向が鉛直方向下方から上方に向かう旋回流を発生させる旋回流発生手段と、
前記エアロゾルを、前記容器から外部へ取り出す取り出し部と、
前記容器の内部空間にある粗大粒子を外部へと除去する粗大粒子除去部とを備えて構成されていることを特徴とするエアロゾル発生装置。
【請求項２】
前記粉体供給部が前記容器の内部空間に前記微小粉体を供給する位置と、前記気体供給部が前記容器の内部空間に前記気体を供給する位置とが、前記旋回流発生手段よりも鉛直方向下方側となるように構成されることを特徴とする請求項１記載のエアロゾル発生装置。
【請求項３】
前記粗大粒子除去部は、前記容器の内部空間に臨んで開口する除去開口を有し、前記除去開口の位置が、前記容器の内部空間で鉛直方向に変位するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載のエアロゾル発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエアロゾル発生装置と、
被成膜部材である基板を保持する保持台と、
前記エアロゾル発生装置の前記取り出し部から取り出されたエアロゾルを、前記基板の表面に吹き付けるノズルと、を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項１】
分散媒である気体に微小粉体を分散させたエアロゾルを発生させるための内部空間を有する容器と、
前記容器の内部空間に微小粉体を供給する粉体供給部と、
前記容器の内部空間に気体を供給する気体供給部と、
前記容器の内部空間に供給された前記気体の旋回流であって、軸流方向が鉛直方向下方から上方に向かう旋回流を発生させる旋回流発生手段と、
前記エアロゾルを、前記容器から外部へ取り出す取り出し部と、
前記容器の内部空間にある粗大粒子を外部へと除去する粗大粒子除去部とを備えて構成されていることを特徴とするエアロゾル発生装置。
【請求項２】
前記粉体供給部が前記容器の内部空間に前記微小粉体を供給する位置と、前記気体供給部が前記容器の内部空間に前記気体を供給する位置とが、前記旋回流発生手段よりも鉛直方向下方側となるように構成されることを特徴とする請求項１記載のエアロゾル発生装置。
【請求項３】
前記粗大粒子除去部は、前記容器の内部空間に臨んで開口する除去開口を有し、前記除去開口の位置が、前記容器の内部空間で鉛直方向に変位するように構成されることを特徴とする請求項１または２記載のエアロゾル発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエアロゾル発生装置と、
被成膜部材である基板を保持する保持台と、
前記エアロゾル発生装置の前記取り出し部から取り出されたエアロゾルを、前記基板の表面に吹き付けるノズルと、を備えることを特徴とする成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１９０１３（Ｐ２０１３−１９０１３Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２３６９（Ｐ２０１１−１５２３６９）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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